一种基于圆柱阵的低副瓣收发波束形成方法技术

本发明专利技术涉及一种基于圆柱阵的低副瓣收发波束形成方法，用于解决现有圆柱形相控阵雷达发射和接收波束旁瓣电平过高的缺点。本发明专利技术利用圆柱阵在某个波束指向时，将圆柱阵解耦为俯仰的均匀线阵和方位的均匀圆阵或圆弧阵，在发射和接收波束形成时，分别对俯仰维和方位维进行低副瓣处理，最终实现整阵的低副瓣效果，其中，发射波束采用唯相位加权，接收波束采用幅相加权。相加权。相加权。

【技术实现步骤摘要】
一种基于圆柱阵的低副瓣收发波束形成方法


[0001]本专利技术具体涉及一种基于圆柱形相控阵雷达的低副瓣波束形成方法，同时包含发射与接收低副瓣波束的形成，属于相控阵雷达波束形成领域。

技术介绍

[0002]共形阵不仅具有良好的空气动力学特性，可以节省载体空间和实现宽角扫描，而且还可以减小RCS(雷达散射截面积)和天线/天线罩之间的相互作用。因此，共形阵在相控阵雷达领域具有广阔的发展和应用前景。
[0003]圆柱阵作为典型的共形阵，同时结合了圆形阵列和线性阵列的优势。因此，它能够继承圆形阵列全方位电扫时方向图无畸变的同时，还能弥补圆形阵列在俯仰维波束太宽而失去俯仰维对目标分辨的缺点。
[0004]但圆柱阵在结合了圆阵和线阵的优势的同时，也继承了圆阵的缺点，主要体现在方位维旁瓣电平过高。发射波束的副瓣太高，容易造成波束照射到地面，大幅度的提升了地杂波的强度；接收波束的副瓣太高时，从副瓣进入的目标回波被检测到，造成虚警。但是，大部分降低旁瓣的方法均涉及密度加权或幅度加权。而对于发射波束，采用密度加权虽然可以有效降低副瓣，但阵列布局与馈电网络的复杂性将会大大增加，而采用幅度加权虽然布阵简单易行，但会在系统物理实现时造成困难，如：
[0005]1.相控阵雷达往往需要快速进行波位扫描，频繁且快速的控制激励电流大小不仅成本极高，而且工程上难以实现；
[0006]2.幅度加权会导致激励电流减小，发射功率不能达到满偏，使雷达的探测距离与对微弱目标的探测能力降低。
[0007]因此，设计一款适合圆柱形相控阵雷达的低副瓣收发波束形成方案就显得至关重要。

技术实现思路

[0008]为解决现有圆柱形相控阵雷达发射和接收波束旁瓣电平过高的缺点，本专利技术提供一种基于圆柱阵的发射和接收低副瓣波束形成方法。本专利技术利用圆柱阵在某个波束指向时，将圆柱阵解耦为俯仰的均匀线阵和方位的均匀圆阵或圆弧阵，在发射和接收波束时，分别对俯仰维和方位维进行低副瓣处理，最终实现整阵的低副瓣效果，其中，发射波束采用唯相位加权，接收波束采用幅相加权。既实现了发射和接收波束的低副瓣，又克服了密度加权和幅度加权所带来的布阵和馈电网络复杂的问题，还解决了幅度加权所带来的发射增益下降问题。
[0009]进一步的，在接收波束形成过程中，对方位维进行低副瓣处理时，采用改进的虚拟干扰法对每个阵元的权值进行搜索，所述改进的虚拟干扰法指通过构造代价函数，并在接收波束方位维方向图的3dB波束宽度外的区域均匀设置K个虚拟干扰，不断地对K个虚拟干扰的干扰强度进行迭代，来更新干扰接收信号的自相关矩阵，通过更新后的干扰接收信号
自相关矩阵重新计算非理想接收信号的自相关矩阵，进而根据ADBF原理计算每次迭代对应的权值W
t
以及方向图，使方向图与理想的低副瓣方向图不断逼近，当代价函数满足要求时，得到期望的权值W
t
，此时对应的方向图即为最终达到满足要求的方向图。
[0010]进一步的，第t次迭代第k个虚拟干扰的干扰强度Γ
t,k
的计算过程如下：首先，在第k个虚拟干扰位置处，分别计算理想方向图Pattern0与第t
‑
1次迭代得到的方向图的副瓣电平，并做差，得到当前第t次迭代第k个虚拟干扰位置处的副瓣电平差D
t,k
，k＝1
…
K；然后，利用D
t,k
修正前次迭代得到的第k个虚拟干扰的干扰强度Γ
t
‑
1,k
，选择非负的修正值作为第t次迭代第k个虚拟干扰的干扰强度Γ
t,k
。
[0011]进一步的，所述每次迭代对应的权值W
t
等于期望波束指向的导向矢量和非理想接收信号的自相关矩阵的逆矩阵相乘，非理想接收信号的自相关矩阵包含干扰接收信号的自相关矩阵以及噪声接收信号的自相关矩阵，包含的两个自相关矩阵均为L行，L列的方阵，其中L为方位波束形成时采用的阵元个数，其中噪声不变。
[0012]进一步的，第t次更新权值W
t
后的代价函数为权值W
t
下得到的方向图的最高副瓣SLL1与期望的整体副瓣水平SLL0的差值。
[0013]进一步的，在接收波束形成过程中，俯仰维采用Dolph
‑
Chebyshev综合法进行低副瓣处理；在发射波束形成过程中，分别对俯仰维和方位维进行低副瓣处理时，采用粒子群算法对每个阵元的相位权值进行搜索。
[0014]有益效果
[0015]本专利技术与现有应用相比，具有以下优点：
[0016]1.本专利技术在发射和接收波束形成时，分别对俯仰维和方位维进行低副瓣处理，能够使圆柱阵波束形成的过程得到大大简化；
[0017]2.发射波束采用唯相位加权方式，与常规的幅相加权方式相比，能够在实现发射波束低副瓣的同时不损失发射增益，保证雷达的威力；
[0018]3.接收波束在方位维采用改进的虚拟干扰法，由于改进的虚拟干扰法通过在3dB波束宽度外的区域均匀设置大量虚拟干扰，并对虚拟干扰的强度进行多次迭代优化，使其与理想的低副瓣方向图不断逼近，因此实现了低副瓣波束形成，能有效解决均匀圆形/圆弧阵列方向图副瓣过高的问题，实际应用中副瓣水平可普遍达到
‑
30dB左右。
附图说明
[0019]图1
‑
本专利技术所述的圆柱形相控阵雷达阵列单元布局示意图；
[0020]图2
‑
发射波束俯仰维16元线阵未加权方向图；
[0021]图3
‑
发射波束俯仰维16元线阵唯相位加权得到的低副瓣方向图；
[0022]图4
‑
方位维66阵元圆环阵中一次激活其中22个相邻阵元的未加权方向图；
[0023]图5
‑
方位维66阵元圆环阵中一次激活其中22个相邻阵元的唯相位加权得到的低副瓣方向图；
[0024]图6
‑
方位维66阵元圆环阵中一次激活其中22个相邻阵元的通过虚拟干扰法得到的低副瓣方向图；
[0025]图7
‑
俯仰维16元线阵采用Dolph
‑
Chebyshev综合法得到的低副瓣方向图；
[0026]图8
‑
本专利技术方法示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图，对本专利技术所述的波束形成方法做详细解释。
[0028]本专利技术所述圆柱阵共M
×
N个阵元，所有阵元均在圆柱阵面上均匀分布，阵元分布如图1所示。整个圆柱阵由上到下共M个圆环，每个圆环对应一个N元均匀圆阵，且这相邻圆环之间间隔均匀。如果从圆柱阵的曲面来看，则为N个M元均匀线阵均匀排列在圆柱阵的曲面上。
[0029]上述圆柱阵波束形成过程遵循以下步骤：
[0030]S01：本专利技术所述的圆柱阵阵列排布如图1所示，将阵列从下到上的M个均匀圆环阵进行编本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于圆柱阵的低副瓣收发波束形成方法，其特征在于：利用圆柱阵在某个波束指向时，将圆柱阵解耦为俯仰的均匀线阵和方位的均匀圆阵或圆弧阵，在发射和接收波束形成时，分别对俯仰维和方位维进行低副瓣处理，最终实现整阵的低副瓣效果，其中，发射波束采用唯相位加权，接收波束采用幅相加权。2.根据权利要求1所述的一种基于圆柱阵的低副瓣收发波束形成方法，其特征在于：在接收波束形成过程中，对方位维进行低副瓣处理时，采用改进的虚拟干扰法对每个阵元的权值进行搜索，所述改进的虚拟干扰法指通过构造代价函数，并在接收波束方位维方向图的3dB波束宽度以外的区域均匀设置K个虚拟干扰，不断地对K个虚拟干扰的干扰强度进行迭代，来更新干扰接收信号的自相关矩阵，通过更新后的干扰接收信号自相关矩阵重新计算非理想接收信号的自相关矩阵，进而根据ADBF原理计算每次迭代对应的权值W
t
以及方向图，使方向图与理想的低副瓣方向图不断逼近，当代价函数满足要求时，得到期望的权值W
t
，此时对应的方向图即为最终达到满足要求的方向图。3.根据权利要求2所述的一种基于圆柱阵的低副瓣收发波束形成方法，其特征在于：第t次迭代第k个虚拟干扰的干扰强度Γ
t,k
的计算过程如下：首先，在第k个虚拟干扰位置处，分别计算理想方向图Pattern0与第t
‑
1次迭代得到的方向图的副瓣电平，并做差，得到当前第t次迭代第k个虚拟干...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宇新，刘海波，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：